一種面向任播屬性業(yè)務(wù)的節(jié)能路由方法【專利摘要】本發(fā)明涉及一種面向任播屬性業(yè)務(wù)的節(jié)能路由方法，屬于云計(jì)算數(shù)據(jù)中心光網(wǎng)絡(luò)節(jié)能
技術(shù)領(lǐng)域：
。該方法通過混合單路由/多路由的傳輸方案為任播屬性業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化選路；在多路由傳輸中，通過構(gòu)建適用于云計(jì)算數(shù)據(jù)中心光網(wǎng)絡(luò)基于最大流最小費(fèi)用節(jié)能路由方法，為任播屬性業(yè)務(wù)選出最佳的傳輸方案；在權(quán)衡網(wǎng)絡(luò)能耗和阻塞率時(shí)，綜合考慮頻譜資源的利用率以及節(jié)點(diǎn)和鏈路的工作狀態(tài)因素，并且考慮了業(yè)務(wù)疏導(dǎo)技術(shù)來提高光收發(fā)器和頻譜資源的利用率。本方法能夠有效降低光收發(fā)器和保護(hù)帶寬的開銷，從而減少網(wǎng)絡(luò)能耗并提高頻譜資源利用率?！緦＠f明】-種面向任播屬性業(yè)務(wù)的節(jié)能路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001]本發(fā)明屬于云計(jì)算數(shù)據(jù)中屯、光網(wǎng)絡(luò)節(jié)能
技術(shù)領(lǐng)域：
，設(shè)及一種面向任播屬性業(yè)務(wù)的節(jié)能路由方法。【
背景技術(shù)：
】[0002]云計(jì)算數(shù)據(jù)中屯、網(wǎng)絡(luò)中的IP業(yè)務(wù)與日俱增。運(yùn)帶來了業(yè)務(wù)的多樣性W及端到內(nèi)容特性，從而迫切要求作為基礎(chǔ)傳輸設(shè)施的光網(wǎng)絡(luò)能夠靈活、快速、可靠地執(zhí)行業(yè)務(wù)傳輸。近年基于正交頻分復(fù)用技術(shù)提出的彈性光網(wǎng)絡(luò)巧IasticOpticalNetwork,EON)由于具有帶寬高、資源按需分配W及調(diào)度靈活的優(yōu)點(diǎn)，因此非常適用于數(shù)據(jù)中屯、網(wǎng)絡(luò)場景。任播是指源節(jié)點(diǎn)固定，目的節(jié)點(diǎn)不固定的業(yè)務(wù)。運(yùn)類業(yè)務(wù)包括云計(jì)算服務(wù)、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)路服務(wù)、網(wǎng)格計(jì)算、分布式存儲(chǔ)W及視頻點(diǎn)播等。隨著內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)中內(nèi)容復(fù)制和云計(jì)算中機(jī)器虛擬化等調(diào)度技術(shù)的發(fā)展，單個(gè)業(yè)務(wù)可W由不同的數(shù)據(jù)中屯、服務(wù)。近幾年任播屬性業(yè)務(wù)越來越受到人們的歡迎，因此任播屬性業(yè)務(wù)在當(dāng)前核屯、網(wǎng)中占據(jù)著很高的比例。并且運(yùn)類業(yè)務(wù)的比例會(huì)隨著云計(jì)算數(shù)據(jù)中屯、的發(fā)展而進(jìn)一步提高。如果不能針對任播屬性業(yè)務(wù)進(jìn)行有效的節(jié)能路由設(shè)計(jì)，那么將會(huì)嚴(yán)重限制云計(jì)算數(shù)據(jù)中屯、的可持續(xù)發(fā)展。目前對于云計(jì)算數(shù)據(jù)中屯、光網(wǎng)絡(luò)面向任播屬性業(yè)務(wù)的節(jié)能算法研究還不夠深入，因此針對任播屬性業(yè)務(wù)的屬性進(jìn)行節(jié)能路由分析。[0003]文南犬[SheQin邑ya,Huan邑Xiaodon邑，Zhan邑Qion邑，etal.SurvivabletrafficgroomingforanycastinginWDMmeshnetworks[C]InProceedingsofIEEEconferenceofGlobalTelecommunications(GLOBECOM).Washington:IEEEPress,2007:2253-2257.]針對業(yè)務(wù)生存性方面對任播業(yè)務(wù)疏導(dǎo)進(jìn)行了研究，作者通過構(gòu)造輔助圖為任播屬性業(yè)務(wù)選擇合適的工作路由，并通過尋找備用的目的節(jié)點(diǎn)為業(yè)務(wù)提供=種不同的保護(hù)方法，從而有效防止因目的節(jié)點(diǎn)毀壞和鏈路毀壞帶來的信息傳輸失敗。文獻(xiàn)[Wa化OWiakK，RakJ.Sharedbackuppathprotectionforanycastandunicastflowsusingthenode-1inknot曰tion[C]InProceedingsofIEEEInternstionslConferenceofCommunications(ICC).Kyoto:I邸EPress,2011:1-6.]分析了任播和單播業(yè)務(wù)的共享路由保護(hù)問題，提出了一種整形線性規(guī)劃模型來優(yōu)化任播和單播業(yè)務(wù)的工作和保護(hù)路由選擇問題。文南犬['Go'邑cienR,WalkowiakK,KlinkowskiM.Tabusearchalgorithmforrouting,modulationandspectrumallocationinelasticopticalnetworkwithanycastandunicasttraffic[J].Computer化tworks,2015,79:148-165.]使用禁忌捜索算法解決彈性光網(wǎng)絡(luò)面向任播屬性業(yè)務(wù)的路由和頻譜分配問題，并基于不同的優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行了建模分析。文獻(xiàn)[GharbaouiM,M曰rtiniB,C曰stoldiP.Anyc曰st-b曰sedoptimiz曰tionsforinter-data-centerinterconnections[invited][J].JournalofOpticalCommunicationsandNetworking,2012,4(11):B168-B178.]研究了數(shù)據(jù)中屯、虛擬遷移對任播屬性業(yè)務(wù)傳輸?shù)挠绊?，作者在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種集中管理平臺(tái)W實(shí)現(xiàn)連接的動(dòng)態(tài)建立和釋放，同時(shí)，通過分配數(shù)據(jù)中屯、之間的傳輸路由，為數(shù)據(jù)中屯、之間的虛擬機(jī)遷移奠定了基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[莫偉，桂志波.Anycast通信機(jī)制及其研究現(xiàn)狀[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2007,17(8):180-182.]對兩種任播屬性業(yè)務(wù)進(jìn)行了比較分析，在網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)任播服務(wù)是由路由器來決定最近的目的主機(jī)，路由選擇功能自動(dòng)完成，不需要用戶干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)層任播屬性業(yè)務(wù)判斷最近的服務(wù)器的標(biāo)準(zhǔn)依賴于網(wǎng)絡(luò)的拓樸，例如路由器的最小跳數(shù)等;但是應(yīng)用層任播屬性業(yè)務(wù)不僅考慮網(wǎng)絡(luò)拓樸，還綜合了目標(biāo)服務(wù)器當(dāng)前的負(fù)載、響應(yīng)時(shí)間^及鏈路可預(yù)留帶寬等服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。文獻(xiàn)[DalvandiA，GurusamyM，ChuaKC.Power-efficientandpredictabledatacenterswithslidingscheduledtenantrequests[C]InternationalConferenceonCloudComputingTechnologyandScience(CloudCom).IEEEpress，2014:547-554.]提出了一種多路由路由算法^降化任播屬性業(yè)務(wù)的阻塞率，但是多路由會(huì)增加保護(hù)帶寬和光收發(fā)器的開銷。文獻(xiàn)[BuysseJ，CavdarC，DeLeenheerM，etal.Improvingenergyefficiencyinopticalcloudnetworksbyexploitinganycastrouting[C]AsiaCommunicationsandPhotonicsConferenceandExMbition.OpticalSocietyofAmerica,2011:1-6.]針對傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)面向任播屬性業(yè)務(wù)提出一種節(jié)能路由算法，該算法通過關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)中空閑的能耗元件已達(dá)到節(jié)能的目的。[0004]目前，彈性光網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能設(shè)計(jì)主要針對單播業(yè)務(wù)，往往采用單路由方式進(jìn)行節(jié)能傳輸。文南犬[KhodakaramiH,PillaiBSG,SedighiB，etal.Flexibleopticalnetworks:Anenergyefficiencyperspective[J].JournalofLightwaveTechnology,2014,32(21):3356-3367.]提出了一種考慮自適應(yīng)調(diào)制編碼的節(jié)能路由算法，該算法在大型光網(wǎng)絡(luò)中有很好的節(jié)能表現(xiàn)，但是光收發(fā)器的使用效率偏化。為此，文獻(xiàn)[ZhangJ，ZhaoY，YuX，etaI.Energy-efficienttrafficgroominginsiiceabIe-transponder-equippedIP-over-elasticopticalnetworks[invited][J].JournalofOpticalCommunicationsandNetworking，2015,7(1):A142-A152.]使用可切割的光收發(fā)器將多個(gè)子業(yè)務(wù)疏導(dǎo)在一個(gè)光收發(fā)器中傳輸。仿真表明，使用可切割的光收發(fā)器可^減少網(wǎng)絡(luò)能耗，但是文中所提出的算法未考慮其它能耗元件和鏈路的狀態(tài)，因此資源利用率較化。文獻(xiàn)[FallahpourA,BeyranvandH,NezamalhosseiniSA，etal.Energyefficientroutingandspectrumassignmentwithregeneratorplacementinelasticopticalnetworks[J]JournalofLi組twaveTechnology,2014,32(10):2019-2027.]提出了考慮再生器布置的節(jié)能路由與頻譜分配算法，其能耗模型考慮了能耗元件和鏈路的狀態(tài)，有效減少工作元件和新建光路的數(shù)量。但是彈性光網(wǎng)絡(luò)的頻譜分配要遵循連續(xù)性和鄰接性的限制，因此會(huì)導(dǎo)致較大的業(yè)務(wù)阻塞率。文獻(xiàn)[ZhuZ，LuW，ZhangL，etal.Dynamicserviceprovisioninginelasticopticalnetworkswithhybridsingle-/multi-pathrouting[J].JournalofLi組twaveTechnology,2013,31(1):15-22.]提出了纔合路由算法，該算法有效地降化了業(yè)務(wù)阻塞率，增加了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。但是采用多路由傳輸增加了保護(hù)帶寬和光收發(fā)器的開銷。為此文獻(xiàn)[ZhangJ，JiY，SongM，etal.Dynamictrafficgroominginsliceablebandwidth-variabletransponder-enabledelasticopticalnetworks[J].JournalofLightwaveTechnology,2015,33(1):183-191]提出了動(dòng)態(tài)多路由業(yè)務(wù)疏導(dǎo)算法，解決了保護(hù)帶寬和光收發(fā)器過度開銷的問題。但是該算法沒有考慮鏈路上業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)間，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源開銷較高。【
發(fā)明內(nèi)容】[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種面向任播屬性業(yè)務(wù)的節(jié)能路由方法，該方法在權(quán)衡網(wǎng)絡(luò)能耗和阻塞率時(shí)，綜合考慮頻譜資源的利用率W及節(jié)點(diǎn)和鏈路的工作狀態(tài)等因素，并設(shè)計(jì)啟發(fā)式算法對任播屬性業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化選路。[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：[0007]-種面向任播屬性業(yè)務(wù)的節(jié)能路由方法，該方法通過混合單路由/多路由的傳輸方案為任播屬性業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化選路;在多路由傳輸中，通過構(gòu)建適用于云計(jì)算數(shù)據(jù)中屯、光網(wǎng)絡(luò)基于最大流最小費(fèi)用節(jié)能路由方法，為任播屬性業(yè)務(wù)選出最佳的傳輸方案;在權(quán)衡網(wǎng)絡(luò)能耗和阻塞率時(shí)，綜合考慮頻譜資源的利用率W及節(jié)點(diǎn)和鏈路的工作狀態(tài)因素，并且考慮了業(yè)務(wù)疏導(dǎo)技術(shù)來提高光收發(fā)器和頻譜資源的利用率。[0008]進(jìn)一步，所述混合單路由/多路由傳輸為:優(yōu)先采用單路由傳輸，如果任何單路由都無法為業(yè)務(wù)分配足夠數(shù)量的頻隙，就采用多路由傳輸;具體包括W下步驟：[0009]步驟1:對于到來的任播屬性業(yè)務(wù)，按照預(yù)先設(shè)定的選路方法計(jì)算出k條備選路徑；[0010]步驟2:定義b為新到達(dá)業(yè)務(wù)請求所需要的帶寬;假設(shè)在所有單路由備選方案中，可提供的最大帶寬為bmax，如果不滿足bmax>b，那么就采用多路由傳輸方式；[00川步驟3:從小到大遍歷每條路由，當(dāng)滿足別冷b，iE[l，k]時(shí)，該業(yè)務(wù)可W通過k條路由進(jìn)行多路傳輸，否則將該業(yè)務(wù)阻塞。[0012]進(jìn)一步，所述適用于云計(jì)算數(shù)據(jù)中屯、光網(wǎng)絡(luò)基于最大流最小費(fèi)用節(jié)能路由方法為:預(yù)先計(jì)算出每個(gè)客戶節(jié)點(diǎn)到各個(gè)數(shù)據(jù)中屯、節(jié)點(diǎn)的最短k條路徑，假設(shè)數(shù)據(jù)中屯、有m個(gè)，那么就計(jì)算出mk條路徑;然后根據(jù)特定的選路方法在mk條路徑中再計(jì)算出k條權(quán)重最小的路徑，如果k條路徑中的任意一條都無法為業(yè)務(wù)分配足夠多的頻隙，那么就采用多路由傳輸；將k條路由構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌鶕?jù)鏈路上傳輸容量和傳輸費(fèi)用信息構(gòu)建適用于云計(jì)算數(shù)據(jù)中屯、光網(wǎng)絡(luò)的最大流最小費(fèi)用模型;具體包括W下步驟：[0013]步驟1:預(yù)先計(jì)算所有客戶節(jié)點(diǎn)與云數(shù)據(jù)中屯、節(jié)點(diǎn)之間最短k條路由，并根據(jù)路由的長度選擇最高調(diào)制格式；[0014]步驟2:判斷是否有到達(dá)時(shí)間或者是離開時(shí)間需要處理，如果有，轉(zhuǎn)步驟4,否則，轉(zhuǎn)步驟3;[0015]步驟3:算法結(jié)束，統(tǒng)計(jì)仿真數(shù)據(jù)；[0016]步驟4:判斷需要處理的事件是到達(dá)事件還是離去事件，如果是離開事件，轉(zhuǎn)步驟5,如果是到達(dá)事件，轉(zhuǎn)步驟6;[0017]步驟5:釋放業(yè)務(wù)傳輸占用的網(wǎng)絡(luò)資源，并更新網(wǎng)絡(luò)的資源情況，轉(zhuǎn)步驟1;[0018]步驟6:根據(jù)業(yè)務(wù)所需的計(jì)算資源，判斷是否存在滿足條件的云數(shù)據(jù)中屯、，如果存在，轉(zhuǎn)步驟7,否則，轉(zhuǎn)步驟15;[0019]步驟7:根據(jù)特定的選路方法計(jì)算出客戶節(jié)點(diǎn)與各個(gè)云數(shù)據(jù)中屯、之間最短k條路由，轉(zhuǎn)步驟8;[0020]步驟8:從小到大遍歷k條路由，如果存在ti，轉(zhuǎn)步驟9,否則，轉(zhuǎn)步驟10;[0021]步驟9:采用單路由傳輸任播屬性業(yè)務(wù)，檢查路由i是否存在工作的光收發(fā)器，如果存在轉(zhuǎn)步驟11，否則，轉(zhuǎn)步驟12;[0022]步驟10:如果ti，轉(zhuǎn)步驟13，否則，轉(zhuǎn)步驟15;[0023]步驟11:如果該光收發(fā)器的剩余傳輸容量t3,并且該任播屬性業(yè)務(wù)與已存在的業(yè)務(wù)擁有一段共享的傳輸鏈路，就將該任播業(yè)務(wù)疏導(dǎo)在運(yùn)個(gè)光收發(fā)器中進(jìn)行傳輸，否則轉(zhuǎn)步驟12;[0024]步驟12:重新激活一個(gè)光收發(fā)器；[0025]步驟13:利用最短k條路由構(gòu)建最大流最小費(fèi)用模型，其中鏈路的傳輸容量作為該鏈路的流量，鏈路的傳輸代價(jià)作為該鏈路的費(fèi)用。轉(zhuǎn)步驟14;[0026]步驟14:利用最小費(fèi)用路算法為該任播屬性業(yè)務(wù)找出傳輸代價(jià)最小的多路由傳輸方案；[0027]步驟15:沒有找到滿足任播屬性業(yè)務(wù)計(jì)算資源需求的云數(shù)據(jù)中屯、，或者沒有找到云數(shù)據(jù)中屯、和任播屬性業(yè)務(wù)請求節(jié)點(diǎn)至今的傳輸路由，阻塞此業(yè)務(wù)請求，轉(zhuǎn)步驟1。[0028]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明所述方法對云計(jì)算數(shù)據(jù)中屯、光網(wǎng)絡(luò)面向任播屬性業(yè)務(wù)進(jìn)行混合單路由/多路由傳輸;混合單路由/多路由傳輸可W降低業(yè)務(wù)阻塞率，增加網(wǎng)絡(luò)吞吐量;通過構(gòu)建最大流最小費(fèi)用模型來優(yōu)化任播屬性業(yè)務(wù)多路由傳輸;通過任播業(yè)務(wù)疏導(dǎo)，可W有效降低光收發(fā)器和保護(hù)帶寬的開銷，從而減少網(wǎng)絡(luò)能耗并提高頻譜資源利用率?！靖綀D說明】[0029]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明：[0030]圖1為任播業(yè)務(wù)疏導(dǎo)示意圖；[0031]圖2為云計(jì)算數(shù)據(jù)中屯、光網(wǎng)絡(luò)示意圖；[0032]圖3為任播單路由/多路由傳輸示意圖；[0033]圖4為最大流最小費(fèi)用傳輸示意圖；[0034]圖5為本發(fā)明所述方法的流程示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】[0035]下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。[0036]圖5為本發(fā)明所述方法的流程示意圖，在該方法中，通過混合單路由/多路由的傳輸方案為任播屬性業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化選路。在多路由傳輸中，通過構(gòu)建適用于云計(jì)算數(shù)據(jù)中屯、光網(wǎng)絡(luò)的最大流最小費(fèi)用模型為任播屬性業(yè)務(wù)選出最佳的傳輸方案。在權(quán)衡網(wǎng)絡(luò)能耗和阻塞率時(shí)，綜合考慮頻譜資源的利用率W及節(jié)點(diǎn)和鏈路的工作狀態(tài)等因素，并且考慮了業(yè)務(wù)疏導(dǎo)技術(shù)來提高光收發(fā)器和頻譜資源的利用率。[0037]具體來說：[0038]由于本發(fā)明旨在降低云計(jì)算數(shù)據(jù)中屯、光網(wǎng)絡(luò)任播屬性業(yè)務(wù)的傳輸能耗W及業(yè)務(wù)阻塞率。相關(guān)概念及衡量手段如下：[0039]-、能耗模型[0040]定義云計(jì)算數(shù)據(jù)中屯、光網(wǎng)絡(luò)為G(V，E)，其中V代表該網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的集合，E代表該網(wǎng)絡(luò)中鏈路的集合。網(wǎng)絡(luò)能耗由光收發(fā)器（TransmitterandReceiver,TRAN)、光放大器(OpticalAmplifie;r,OA)、光交叉連接器（OpticalCrossConnect)、IP路由器（InternetProtocolRouter)組成。[0041]為了降低網(wǎng)絡(luò)的能耗，將能耗元件設(shè)為休眠和工作兩種模式。假設(shè)在休眠模式下，元件的能耗可W忽略不計(jì)，且元件可W迅速被激活到工作狀態(tài)。在工作模式下，其能耗分為固定能耗和動(dòng)態(tài)能耗。在光纖鏈路上每隔80km安裝一個(gè)滲巧光纖放大器。各個(gè)元件的能耗值如表1所示。[0042]表1元件能耗參數(shù)[0043][0044][0045](1)[0046]其中，PCoa表示光放大器的能耗，PCoxc表示光交叉連接器的能耗。表示鏈路(m,n)上光放大器的個(gè)數(shù)。IWmn表示鏈路(m，n)的工作狀態(tài)，IWm,IWn分別表示節(jié)點(diǎn)m，n處的工作狀態(tài)。[0047]下式表示網(wǎng)絡(luò)總能耗[00481抑[0049]其中，PCip_D(i)表示路由器在節(jié)點(diǎn)i處的固定能耗，PCip_t(i)表示路由器在節(jié)點(diǎn)i處的動(dòng)態(tài)能耗，？〔。*9_。(〇表示光收發(fā)器在節(jié)點(diǎn)：[處的固定能耗，？(：。*。_地)表示光收發(fā)器在節(jié)點(diǎn)：[處的動(dòng)態(tài)能耗。Ci表示節(jié)點(diǎn)i處的業(yè)務(wù)速率，單位是化/s。I化pW和IUotpW是二進(jìn)制變量，表示節(jié)點(diǎn)i處的路由器和光收發(fā)器的工作狀態(tài)。如果元件處于工作狀態(tài)，值為0,否則為1。[0050]因?yàn)槟壳爸髁鞯墓馐瞻l(fā)器只能建立一條光路，因此當(dāng)?shù)絹硇氯尾傩詷I(yè)務(wù)時(shí)，如果不采用業(yè)務(wù)疏導(dǎo)技術(shù)，就要另外激活一個(gè)光收發(fā)器，而且還要在兩個(gè)業(yè)務(wù)之間加入保護(hù)帶寬來防止信號(hào)之間的相互干擾。為了減少光收發(fā)器和保護(hù)帶寬的開銷，采用業(yè)務(wù)疏導(dǎo)技術(shù)。[0化1]二、任播業(yè)務(wù)疏導(dǎo)[0052]對于到來的任播屬性業(yè)務(wù)，優(yōu)先采用單路由傳輸。當(dāng)單路由無法為業(yè)務(wù)分配足夠多的可用頻隙時(shí)，采用多路由傳輸方式。定義b為新到達(dá)業(yè)務(wù)請求所需要的帶寬。假設(shè)在所有單路由備選方案中，可提供的最大帶寬為bmax。如果不滿足bmax>b，那么就采用多路由傳輸方式。按照預(yù)先設(shè)定的選路原則，計(jì)算出k條權(quán)值最小的傳輸路由。從小到大遍歷每條路由，當(dāng)滿足Ebi^b,iG[l，k]時(shí)，該業(yè)務(wù)可W通過k條路由進(jìn)行多路傳輸，否則將該業(yè)務(wù)阻塞O[0053]傳統(tǒng)的多路由傳輸中，不但要為每個(gè)子業(yè)務(wù)額外開銷一個(gè)光收發(fā)器，并且還要分配保護(hù)帶寬與分支路由中已存在的業(yè)務(wù)請求進(jìn)行區(qū)分。從而造成網(wǎng)絡(luò)中平均業(yè)務(wù)請求較大時(shí)，光收發(fā)器和保護(hù)帶寬的過多開銷。在分支路由中對不同的業(yè)務(wù)進(jìn)行業(yè)務(wù)疏導(dǎo)能夠很好的解決該問題。假設(shè)一個(gè)光收發(fā)器的最大容量為bbv-t_max，在分支路由上已存在的業(yè)務(wù)大小為bexist,那么光收發(fā)器的剩余谷重bremain=bbv-t_max-bexist。假設(shè)在分支路由上為業(yè)務(wù)分配的容量為bi，那么當(dāng)滿足bi《bremain條件時(shí)，就將子業(yè)務(wù)疏導(dǎo)到該光收發(fā)器中進(jìn)行傳輸。否則就激活一個(gè)新的光收發(fā)器傳輸運(yùn)個(gè)子業(yè)務(wù)。[0054]下面舉例說明通過進(jìn)行任播業(yè)務(wù)疏導(dǎo)如何降低光收發(fā)器和保護(hù)帶寬的開銷。[0055]在圖1(a)中，當(dāng)?shù)絹硪粋€(gè)新業(yè)務(wù)請求2,由于要與鏈路上已存在的業(yè)務(wù)請求1進(jìn)行區(qū)分，需要在兩個(gè)業(yè)務(wù)之間加入保護(hù)帶寬G。而目前主流的光收發(fā)器只能建立一條光路，因此需要為業(yè)務(wù)請求2激活一個(gè)新的光收發(fā)器。[0056]在圖1(b)中，考慮使用業(yè)務(wù)疏導(dǎo)技術(shù)，所W兩個(gè)業(yè)務(wù)之間不需要加入保護(hù)帶寬。并且當(dāng)兩個(gè)業(yè)務(wù)帶寬之和不大于單個(gè)光收發(fā)器的傳輸容量時(shí)，可W使用一個(gè)光收發(fā)器傳輸運(yùn)兩個(gè)業(yè)務(wù)。運(yùn)樣通過業(yè)務(wù)疏導(dǎo)就減少了一個(gè)光收發(fā)器和保護(hù)帶寬的開銷。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載比較大時(shí)，會(huì)有更多的業(yè)務(wù)請求采用多路由傳輸，運(yùn)時(shí)在分支路由上進(jìn)行業(yè)務(wù)疏導(dǎo)就會(huì)顯著的降低光收發(fā)器和保護(hù)帶寬的開銷。[0化7]=、任播單路由傳輸[005引在云計(jì)算數(shù)據(jù)中屯、光網(wǎng)絡(luò)中，任播屬性業(yè)務(wù)是從一個(gè)源節(jié)點(diǎn)出發(fā)，發(fā)送到合適的數(shù)據(jù)中屯、。云計(jì)算數(shù)據(jù)中屯、光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。[0059]G(V，E)代表云計(jì)算數(shù)據(jù)中屯、光網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。V是節(jié)點(diǎn)集合，E是鏈路集合。將連接數(shù)據(jù)中屯、的節(jié)點(diǎn)表示為Vdc,則VdcGV。假設(shè)每一個(gè)數(shù)據(jù)中屯、的總計(jì)算資源(服務(wù)器)是Ctotai。將一個(gè)任播屬性業(yè)務(wù)表示為r(s，b，c)，s代表業(yè)務(wù)的源節(jié)點(diǎn)，SGVWDCDb代表業(yè)務(wù)所需帶寬的大小，單位為化/sdC代表業(yè)務(wù)所需計(jì)算資源的大小。目的節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)中屯、Vdc。首先計(jì)算出源節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)中屯、節(jié)點(diǎn)之間的最短k條路由，記為巧^A。每條路由上可用的帶寬頻隙大小記為S巧。[0060]當(dāng)有任播屬性業(yè)務(wù)到來時(shí)，根據(jù)不同的選路目標(biāo)選擇合適的數(shù)據(jù)中屯、作為目的節(jié)點(diǎn)。首先確定業(yè)務(wù)所需要的計(jì)算資源和帶寬資源;然后檢查云計(jì)算數(shù)據(jù)中屯、光網(wǎng)絡(luò)中鏈路上的頻隙和數(shù)據(jù)中屯、中計(jì)算資源的當(dāng)前狀態(tài);最后找到一個(gè)或多個(gè)匹配的數(shù)據(jù)中屯、并進(jìn)行路由和頻譜分配來建立光路。該算法優(yōu)先采用單路傳輸。圖3(a)為傳統(tǒng)單路傳輸鏈路頻隙使用情況。[0061]在傳統(tǒng)的單路由傳輸方式中，由于彈性光網(wǎng)絡(luò)頻譜分配要受到連續(xù)性和鄰接性限制造成較高的業(yè)務(wù)阻塞率。[0062]由圖3(a)可知網(wǎng)絡(luò)中存在5個(gè)業(yè)務(wù)。鏈路A-B-C上最大的傳輸容量為1個(gè)頻隙，鏈路A-D-C上最大的傳輸容量為2個(gè)頻隙。當(dāng)采用單路傳輸時(shí)，對于一個(gè)從A到C，需要3個(gè)頻隙的新業(yè)務(wù)6。當(dāng)采用單路傳輸時(shí)，無論是鏈路A-B-C還是鏈路A-D-C都無法為業(yè)務(wù)分配足夠的頻隙，因此該業(yè)務(wù)被阻塞。[0063]四、任播多路由傳輸[0064]當(dāng)單路由無法傳輸時(shí)，再采用多路由傳輸。式（1)表示當(dāng)對業(yè)務(wù)進(jìn)行多路由傳輸時(shí)，業(yè)務(wù)的帶寬等于各分支路由分配的帶寬之和。[00化]b=Ebi(3)[0066]其中bi表示在第i條路由上為業(yè)務(wù)分配的帶寬大小。[0067]式(2)表示在每條分支路由上，需要分配連續(xù)的頻隙數(shù)目為：[006引[0069]在確定最高調(diào)制格式時(shí)遵循距離減半法則立、表示采用Mi調(diào)制的最大傳輸距離。對于一條光路Ps,d，式(3)表示最大傳輸距離為：[0070]P)[0071]在進(jìn)行路由和頻譜分配時(shí)，除了要滿足頻譜分配的連續(xù)性和鄰接性限制，還需要受到W下條件的約束。式(4)保證在每條路由上分配的帶寬資源不超過運(yùn)條路由上可用的帶寬資源。[0072]巧）[0073]為了避免業(yè)務(wù)被劃分成過多的子業(yè)務(wù)，式（5)保證每條路由分配的最小帶寬為fminO[0074](7)[0075]式(6)保證分配在每個(gè)數(shù)據(jù)中屯、的計(jì)算資源不超過該數(shù)據(jù)中屯、最大可用資源。[0076]Cv^Ciotai(8)[0077]云計(jì)算數(shù)據(jù)中屯、光網(wǎng)絡(luò)中任播屬性業(yè)務(wù)的傳輸同時(shí)受到帶寬資源和計(jì)算資源兩個(gè)因素的限制，所W只有當(dāng)兩種資源都成功分配時(shí)，該業(yè)務(wù)才能夠成功傳輸。[0078]相對于單路由傳輸，多路由傳輸方式可W有效減少業(yè)務(wù)阻塞率，但也造成保護(hù)帶寬和光收發(fā)器的大量開銷。尤其當(dāng)網(wǎng)絡(luò)處于重負(fù)載的條件下，運(yùn)種高開銷換來的低阻塞率是得不償失的。因此在采用混合單路由/多路由傳輸方式時(shí)來降低阻塞率的同時(shí)，考慮使用業(yè)務(wù)疏導(dǎo)技術(shù)來降低保護(hù)帶寬和光收發(fā)器的開銷。圖3(b)為多路由傳輸鏈路頻隙使用情況。[0079]當(dāng)采用多路由傳輸時(shí)，對于新業(yè)務(wù)6，鏈路A-B-C和鏈路A-D-C的可用傳輸容量之和為4個(gè)頻隙。因此可W將新業(yè)務(wù)6拆成兩個(gè)大小為1個(gè)頻隙和2個(gè)頻隙的子業(yè)務(wù)，分別在鏈路A-B-C和鏈路A-D-C上進(jìn)行傳輸，從而成功傳輸新業(yè)務(wù)6。[0080]為了降低光收發(fā)器和保護(hù)帶寬的開銷，無論對于單路由傳輸還是多路由傳輸都考慮業(yè)務(wù)疏導(dǎo)技術(shù)。當(dāng)傳輸一個(gè)業(yè)務(wù)時(shí)，首先檢查網(wǎng)絡(luò)中處于工作狀態(tài)的光收發(fā)器的容量是否不小于該業(yè)務(wù)或子業(yè)務(wù)。如果滿足條件就將新業(yè)務(wù)與原業(yè)務(wù)疏導(dǎo)在一個(gè)光收發(fā)器中進(jìn)行傳輸，從而減少一個(gè)光收發(fā)器和一個(gè)保護(hù)帶寬的開銷。如果該源節(jié)點(diǎn)處沒有工作的光收發(fā)器或工作的光收發(fā)器的剩余容量小于該業(yè)務(wù)或子業(yè)務(wù)，那么就需要重新激活一個(gè)光收發(fā)器。[0081]在進(jìn)行多路由傳輸時(shí)，業(yè)務(wù)被劃分為多個(gè)子業(yè)務(wù)分別在不同路由中傳輸。運(yùn)樣就會(huì)增加業(yè)務(wù)的傳輸能耗。為此引入最大流最小費(fèi)用模型對多路由傳輸?shù)哪芎倪M(jìn)行優(yōu)化。再構(gòu)建適用于云計(jì)算數(shù)據(jù)中屯、光網(wǎng)絡(luò)的最大流最小費(fèi)用模型時(shí)，需要為每條鏈路上分配權(quán)重W及確定相應(yīng)的傳輸容量。[0082]最小能耗/最大可用帶寬和計(jì)算資源優(yōu)先化eastPoweroverMostSlotsandcomputingresourcefirst,LPoMSCF)[0083]巧）[0084]在運(yùn)種疏導(dǎo)策略下，對于k條最短路由，計(jì)算每條路由上的傳輸能耗W及可用的最大連續(xù)頻系數(shù)目。然后按照最小能耗/最大可用帶寬從小到大的順序?qū)條路由進(jìn)行排序。[0085]由最小費(fèi)用路定理可知，如果F是流值為V的最小費(fèi)用流，P是關(guān)于F的從發(fā)點(diǎn)S到收點(diǎn)d的最小費(fèi)用增廣路，且沿P所能增廣的流量為a,則增廣后得到的流值為v+a的最小費(fèi)用流。在云計(jì)算數(shù)據(jù)中屯、光網(wǎng)絡(luò)中，最小費(fèi)用流指的是傳輸代價(jià)值最小的路由，即在不同的選路策略下，綜合評(píng)價(jià)最優(yōu)的那條傳輸路由。在一個(gè)具體業(yè)務(wù)場景下，已知的信息包含鏈路傳輸容量和每條鏈路上的傳輸費(fèi)用，通過使用最小費(fèi)用路定理，可W得到在當(dāng)前選路策略下的一個(gè)最優(yōu)的傳輸方案。[0086]在圖4中對一個(gè)帶寬大小為6頻隙的任播屬性業(yè)務(wù)進(jìn)行節(jié)能路由分析，鏈路上的數(shù)字分別代表鏈路傳輸容量和傳輸費(fèi)用：[0087]首先從流值為0的可行流Fo開始，此時(shí)的輔助網(wǎng)絡(luò)為N(Fo)就是原網(wǎng)絡(luò);從發(fā)點(diǎn)S到收點(diǎn)t的最小費(fèi)用路為1-4-3(其能耗為2+1=3)，沿1-4-3可W增1~4個(gè)單位流量Fi,如圖4(b)所示，其輔助網(wǎng)絡(luò)為N(Fi),如圖4(c)所示。[008引在輔助網(wǎng)絡(luò)N(Fi)中找到最小費(fèi)用增廣路1-2-4-3(其能耗為1+化1=4)，增廣一個(gè)流量得F2,如圖4(d)所示，其輔助網(wǎng)絡(luò)為N(F2)，如圖4(e)所示。[0089]在輔助網(wǎng)絡(luò)N(F2)中找到最小費(fèi)用增廣路1-2-3(其能耗為1巧=6)，增廣一個(gè)單位的流量為F3,如圖4(f)所示。此時(shí)，已找到流值為6的可行流，所WF3是流值為6的最小費(fèi)用流。[0090]最后說明的是，W上優(yōu)選實(shí)施例僅用W說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可W在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍?！局鳈?quán)項(xiàng)】1.一種面向任播屬性業(yè)務(wù)的節(jié)能路由方法，其特征在于:該方法通過混合單路由/多路由的傳輸方案為任播屬性業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化選路;在多路由傳輸中，通過構(gòu)建適用于云計(jì)算數(shù)據(jù)中心光網(wǎng)絡(luò)基于最大流最小費(fèi)用節(jié)能路由方法，為任播屬性業(yè)務(wù)選出最佳的傳輸方案；在權(quán)衡網(wǎng)絡(luò)能耗和阻塞率時(shí)，綜合考慮頻譜資源的利用率以及節(jié)點(diǎn)和鏈路的工作狀態(tài)因素，并且考慮了業(yè)務(wù)疏導(dǎo)技術(shù)來提高光收發(fā)器和頻譜資源的利用率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向任播屬性業(yè)務(wù)的節(jié)能路由方法，其特征在于:所述混合單路由/多路由傳輸為:優(yōu)先采用單路由傳輸，如果任何單路由都無法為業(yè)務(wù)分配足夠數(shù)量的頻隙，就采用多路由傳輸;具體包括以下步驟：步驟1:對于到來的任播屬性業(yè)務(wù)，按照預(yù)先設(shè)定的選路方法計(jì)算出k條備選路徑；步驟2:定義b為新到達(dá)業(yè)務(wù)請求所需要的帶寬;假設(shè)在所有單路由備選方案中，可提供的最大帶寬為bmax，如果不滿足bmax>b，那么就采用多路由傳輸方式；步驟3:從小到大遍歷每條路由，當(dāng)滿足Σbi多b，ie[1，k]時(shí)，該業(yè)務(wù)可以通過k條路由進(jìn)行多路傳輸，否則將該業(yè)務(wù)阻塞。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向任播屬性業(yè)務(wù)的節(jié)能路由方法，其特征在于:所述適用于云計(jì)算數(shù)據(jù)中心光網(wǎng)絡(luò)基于最大流最小費(fèi)用節(jié)能路由方法為:預(yù)先計(jì)算出每個(gè)客戶節(jié)點(diǎn)到各個(gè)數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)的最短k條路徑，假設(shè)數(shù)據(jù)中心有m個(gè)，那么就計(jì)算出mk條路徑;然后根據(jù)特定的選路方法在mk條路徑中再計(jì)算出k條權(quán)重最小的路徑，如果k條路徑中的任意一條都無法為業(yè)務(wù)分配足夠多的頻隙，那么就采用多路由傳輸;將k條路由構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，根?jù)鏈路上傳輸容量和傳輸費(fèi)用信息構(gòu)建適用于云計(jì)算數(shù)據(jù)中心光網(wǎng)絡(luò)的最大流最小費(fèi)用模型;具體包括以下步驟：步驟1:預(yù)先計(jì)算所有客戶節(jié)點(diǎn)與云數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)之間最短k條路由，并根據(jù)路由的長度選擇最尚調(diào)制格式；步驟2:判斷是否有到達(dá)時(shí)間或者是離開時(shí)間需要處理，如果有，轉(zhuǎn)步驟4,否則，轉(zhuǎn)步驟3；步驟3:算法結(jié)束，統(tǒng)計(jì)仿真數(shù)據(jù)；步驟4:判斷需要處理的事件是到達(dá)事件還是離去事件，如果是離開事件，轉(zhuǎn)步驟5，如果是到達(dá)事件，轉(zhuǎn)步驟6;步驟5:釋放業(yè)務(wù)傳輸占用的網(wǎng)絡(luò)資源，并更新網(wǎng)絡(luò)的資源情況，轉(zhuǎn)步驟1;步驟6:根據(jù)業(yè)務(wù)所需的計(jì)算資源，判斷是否存在滿足條件的云數(shù)據(jù)中心，如果存在，轉(zhuǎn)步驟7,否則，轉(zhuǎn)步驟15;步驟7:根據(jù)特定的選路方法計(jì)算出客戶節(jié)點(diǎn)與各個(gè)云數(shù)據(jù)中心之間最短k條路由，轉(zhuǎn)步驟8;步驟8:從小到大遍歷k條路由，如果存在t，轉(zhuǎn)步驟9，否則，轉(zhuǎn)步驟10;步驟9:采用單路由傳輸任播屬性業(yè)務(wù)，檢查路由i是否存在工作的光收發(fā)器，如果存在轉(zhuǎn)步驟11，否則，轉(zhuǎn)步驟12;步驟10:如果t，轉(zhuǎn)步驟13，否則，轉(zhuǎn)步驟15;步驟11:如果該光收發(fā)器的剩余傳輸容量t3,并且該任播屬性業(yè)務(wù)與已存在的業(yè)務(wù)擁有一段共享的傳輸鏈路，就將該任播業(yè)務(wù)疏導(dǎo)在這個(gè)光收發(fā)器中進(jìn)行傳輸，否則轉(zhuǎn)步驟12;步驟12:重新激活一個(gè)光收發(fā)器；步驟13:利用最短k條路由構(gòu)建最大流最小費(fèi)用模型，其中鏈路的傳輸容量作為該鏈路的流量，鏈路的傳輸代價(jià)作為該鏈路的費(fèi)用。轉(zhuǎn)步驟14;步驟14:利用最小費(fèi)用路算法為該任播屬性業(yè)務(wù)找出傳輸代價(jià)最小的多路由傳輸方案；步驟15:沒有找到滿足任播屬性業(yè)務(wù)計(jì)算資源需求的云數(shù)據(jù)中心，或者沒有找到云數(shù)據(jù)中心和任播屬性業(yè)務(wù)請求節(jié)點(diǎn)至今的傳輸路由，阻塞此業(yè)務(wù)請求，轉(zhuǎn)步驟1?！疚臋n編號(hào)】H04L12/725GK105978805SQ201610546639【公開日】2016年9月28日【申請日】2016年7月12日【發(fā)明人】王汝言,劉書鳴,熊余,師勁,呂翊【申請人】重慶郵電大學(xué)